Produzione di energia elettrica. Elettroturbine. Sfruttare i salti idraulici

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1 Produzione di energia elettrica Elettroturbine Sfruttare i salti idraulici 68

2 ITT Water & Wastewater Italia Elettroturbine: un grande futuro L energia idroelettrica prodotta sfruttando le cadute dei corsi d acqua del nostro Paese era uno dei vanti dell Italia dell inizio del 900. Moltissime piccole e piccolissime centrali idroelettriche di quegli anni sono successivamente cadute in disuso o hanno continuato a funzionare con macchinari ormai obsoleti. Il loro progressivo abbandono si è avuto in seguito alla nazionalizzazione dell energia elettrica negli anni 60: l interesse si spostò sulle grandi centrali termoelettriche, i cui costi di produzione dell energia erano minori e le piccole centrali vennero chiuse o abbandonate. Con la deregulation del mercato elettrico in Italia, oggi l argomento delle piccole centrali idroelettriche è tornato di grande attualità e promette di avere un grande futuro. Salti idraulici da 2 a 20 m Il generatore a turbina sommergibile Flygt rappresenta una soluzione molto concorrenziale per le mini centrali idroelettriche. Semplicità di installazione, basso impatto ambientale, possibilità di ristrutturazione di vecchi impianti nelle varie tipologie di impiego, sono i principali vantaggi di questa collaudatissima soluzione. Ovunque vi sia un salto idraulico compreso tra 2 e 20 m, la possibilità di attivare una minicentrale idroelettrica in tempi brevi e con investimenti contenuti è oggi sempre più vantaggiosa. Le elettroturbine derivano dalle pompe PL che hanno oltre 50 anni di vita (foto sotto). In basso due impianti esistenti e due fasi del montaggio. Notare le piccole dimensioni dei fabbricati ed il basso impatto ambientale degli impianti. 69

3 Il recupero di vecchie centrali Con l avvento delle minicentrali sommerse il recupero di vecchie centrali idroelettriche è diventato semplice ed economico. In particolare le turbine di tipo Francis installate in camera aperta possono essere sostituite molto semplicemente con le elettroturbine sommerse: una volta rimossa la vecchia turbina al suo posto vengono posati un tubo contenitore (in cui viene installata la nuova elettroturbina) ed un nuovo diffusore. Non resta che verificare ed eventualmente rinnovare il canale artificiale e le opere di presa. In questi casi deve essere installata anche una paratia per consentire all unità sommergibile di operare in modo indipendente nel canale che alloggia due o più turbine. Acque di scarico come fonte di energia La versatilità delle mini-centrali idroelettriche le rende idonee ad essere installate in tutte quelle situazioni in cui vi sia un salto idraulico sufficiente. Questo è il caso di alcuni impianti di trattamento delle acque reflue, che spesso presentano un salto di livello al punto di sbocco delle acque depurate per la loro reimmissione nel corpo idrico recettore. Tale recupero energetico può contribuire significativamente alla economicità di funzionamento dell impianto di trattamento delle acque recuperando parte dell energia necessari al funzionamento del processo di depurazione. In alto due esempi di riconversione di piccole centrali. Il recupero di vecchi fabbricati e la facilità di installazione delle elettroturbine (in basso a destra) rende queste operazioni economiche e realizzabili in tempi contenuti. In basso a sinistra un vecchio e ingombrante generatore in disuso. Principi di installazione Il modo ottimale di installare una elettroturbina è quello di inserirla in un tubo contenitore verticale munito di flangia, su cui si appoggia la turbina e al quale viene collegato il diffusore di scarico. Il peso stesso della turbina è sufficiente a tenerla in posizione e non servono ancoraggi specifici. ITT Water & Wastewater ha sviluppato vari schemi standard di installazione che garantiscono le condizioni di flusso ideali per una elevata efficienza globale e che, per la loro semplicità, possono essere facilmente utilizzati nella maggior parte dei casi pratici. 70

4 ITT Water & Wastewater Italia Condotta forzata Canale aperto a paratoia piana l installazione a canale aperto composta da un breve canale di carico, un tubo contenitore ed un diffusore dritto. Il flusso viene controllato da una paratoia. L ampiezza del canale ottimale è in questo caso doppia del diametro nominale del tubo contenitore della turbina. La disposizione della turbina vicino la parete posteriore del canale e i raccordi d angolo prevengono la formazione di vortici alla bocca della turbina e permettono una distribuzione uniforme del flusso. Nel caso di salti più bassi (da 3 a 6 metri) è preferibile un diffusore a gomito. Installazione a sifone Canale aperto con unità in serie Sifone Canale aperto con paratoia cilindrica In canale sotto briglia I sei schemi principali per la realizzazione di piccole centrali idroelettriche, si possono adattare a molte tipologie differenti, che garantiscono la loro applicazione nella quasi totalità dei casi. Quando i salti idraulici sono modesti (2-5 m) e la portata elevata (5-10 m 3 /sec) si adotta lo schema a sifone. In questo caso la camera della turbina ha la funzione di sifone e può essere incorporata in una diga o in uno stramazzo. Il vantaggio in questo caso è dato dal fatto che lo scavo necessario è più limitato rispetto ad una soluzione a canale aperto. Inoltre l installazione a sifone non richiede paratoie di controllo. È il sistema del vuoto che, espellendo l aria dalla camera di carico, permette l avvio della turbina. Introducendo aria e quindi disinnescando il sifone la turbina si ferma. Installazione in condotta forzata Per salti idraulici superiori a 6 m è preferibile l installazione in condotta forzata, con una condotta verticale o inclinata, un giunto a Y, un tubo contenitore verticale ed un tubo diffusore. Il flusso viene controllato da una paratoia all opera di presa e/o da una valvola installata nella parte terminale della condotta. In questo caso si possono avere 4 varianti con il diffusore diritto o a gomito, collegato ad un tubo contenitore stretto o largo, secondo la portata del flusso. Installazione a canale aperto Per salti idraulici da 5 a 10 m, risulta più conveniente Stazioni in canale sotto briglia Le elettroturbine sommergibili permettono di realizzare impianti completamente sommersi, in cui la portata in eccesso sorre sullo stesso impianto: una soluzione a bassissimo impatto ambientale che trova numerose possibilità pratiche di applicazione. 71

5 Alta redditività e grande facilità di installazione Le elettroturbine sommerse di progetto Flygt sono macchine adatte allo sfruttamento di bassi salti: Ogni unità si compone di una turbina assiale ad elica di tipo semi-kaplan, di un generatore ad induzione e, se necessario, di un moltiplicatore planetario epicicloidale. Il loro vantaggio principale è che tutto il gruppo generatore può essere installato direttamente nel corso d acqua, eliminando così sia la necessità di un albero lungo per a trasmissione meccanica, sia le relative opere che questo richiederebbe. Le strutture civili possono quindi essere semplificate e di dimensioni ridotte. Inoltre, non essendo necessario l allineamento in loco degli assi e nemmeno gli inghisaggi di parti della macchina, le operazioni di installazione possono essere realizzate da manodopera locale e normali attrezzature da cantiere. L installazione si adatta facilmente alle specifiche condizioni locali, offrendo vantaggi estetici e di basso impatto ambientale. Le elettroturbine Flygt vengono prodotte in versioni standard: variando il modello della turbina, di generatore, di moltiplicatore e/o l angolazione delle pale del distributore e delle pale dell elica si ottiene una gamma molto ampia di macchine e si possono ottimizzarle in funzione della caratteristica e durata del flusso. Nei modelli di maggiore potenza è possibile prevede un sistema di regolazione oleodinamico dell angolazione delle pale dell elica che consente la taratura m 3 /s Salti Curva di durata delle portate automatica dell inclinazione delle pale al variare del flusso ad una pressione costante (turbine semi- Kaplan). I settori di impiego sono piccole centrali idroelettriche, autoproduttori di energia elettrica, enti pubblici, aziende elettriche municipali, consorzi di irrigazione e bonifica, impianti di trattamento delle acque di scarico, impianti industriali. Le applicazioni possono essere in fiumi o corsi d acqua, canali di irrigazione, scarichi di reflui già trattati, sistemi di raffreddamento dell acqua in cicli industriali, recupero di flussi minimi in impianti idroelettrici, distribuzione di acque in chiuse e dighe costruite su fiumi e canali. 5 H m TURBINA 2 TURBINA giorni La scelta delle macchine deve basarsi sulla analisi delle portate e dei salti del sito individuato. In base ai dati storici si scelgono le macchine più idonee per la migliore redditività della produzione idroelettrica. Nell esempio riportato qui sopra la turbina 1 lavora 365 gg all anno con una portata disponibile di circa 2,0 m 3 /sec mentre la turbina 2 lavorerà circa 160 gg all anno con una portata di 2,5 m 3 /sec. Caratteristiche tecniche generali Installazione In tubo contenitore Elica 4 o 5 pale Salto massimo 22 m Generatore asincrono ad induzione a gabbia di scoiattolo kw Classe di isolamento F (155 C) Corpo ghisa Alloggio statore ghisa Tenuta meccanica interna Carburo di tungsteno anticorrosione/ Carburo di tungsteno anticorrosione Tenuta meccanica esterna Carburo di tungsteno anticorrosione/ Carburo di tungsteno anticorrosione Rapporti personalizzabili, con serbatoio Moltiplicatore planetario* olio, filtro e pompa di pressurizzazione della lubrificazione 1 72

6 ITT Water & Wastewater Italia Caratteristiche tecniche Elettroturbine H m unità 3 unità 2 unità 50 Hz EL 7556 EL 7570 EL 7585 EL 7600 EL 7620 EL kw kw kw 3 2,5 2 0,5 40 kw 100 kw 200 kw kw Q m 3 /s Modello Potenza (kw) EL EL EL EL EL 7556 EL 7570 EL 7585 EL 7600 EL 7620 EL 7550 Ø min. Angolo del Ø elica Num. tubo distributore (m) pale cont (m) ; 77 0,8 0,55 1,2 0,7 1,2 0,85 1,4 1 EL ,6 1,2 EL ; 63 ; ; ,5 * Con moltiplicatore - ** Senza moltiplicatore Angolo pale Regol. pale elica Altezza max. (mm) Ø (mm) Peso max (kg) 4 4 ~30 manuale ~ ~30 manuale ~28 4* 4 ~32 manuale ** 8 ~28 4* 4 ~32 manuale ** 8 ~ ~32 manuale ~ ~32 manuale 5 8 ~28 o autom. 73